1.      Концепція програми

У рамках програми передбачається застосувати системно-цільовий підхід до вирішення таких проблем:

1.      Дослідження зв'язку характеристик сонячного вітру із сонячними утвореннями і їхньою динамікою.

2.      Вивчення ефектів взаємодії сонячного вітру з магнітосферою та іоносферою Землі.

3.      Дослідження взаємодії атмосферної та космічної погодних систем.

Для реалізації викладеного підходу необхідним є об'єднання зусиль вчених з різних організацій України, що стане можливим лише в рамках єдиної програми з дослідження сонячно-земних зв’язків.

1.1. Мета програми та терміни її виконання

Основною метою програми є визначення та дослідження домінуючих процесів, що впливають на динаміку плазми на Сонці, сонячному вітрі, магнітосфері та іоносфері Землі.

            Мети буде досягнуто на основі комплексних спостережень Сонця та міжпланетного середовища з Землі та космосу. Для реалізації цілей Програми будуть проведені теоретичні дослідження, розроблені науково-інструментальні методи та використані дані, отримані за допомогою космічних засобів, які розробляються в рамках міжнародної програми “Життя з зіркою”, та інших джерел наукових даних.

1.2. Наукова і практична значимість програми

Наукова значимість програми визначається поставленими задачами і важливістю проблеми „космічної погоди”.

Практична значимість програми визначається її кінцевими результатами, а саме – теоретико-методичною основою створення в Україні системи прогнозування сонячної активності та «космічної погоди».

        1.3. Обґрунтування необхідності виконання програми

Предметом досліджень програми «Розробка методів та інформаційних технологій комплексного вивчення сонячно-земних зв’язків як основи прогнозування «космічної погоди»» є Сонце, його атмосфера та корона, сонячний вітер, магнітосфера та іоносфера Землі. Ці космічні об'єкти зв'язані між собою сукупністю фізичних процесів, що забезпечують передачу електромагнітної і кінетичної енергії від Сонця до Землі. На даний час в області сонячно-земної фізики йде накопичення матеріалу, отриманого шляхом спостережень, як з космічних апаратів, так і з мережі наземних обсерваторій. Певні успіхи вже досягнуті в аналізі цього матеріалу та у теоретичних дослідженнях колективних процесів у космічній плазмі. Існують також досягнення в області математичного моделювання геліо- і геофізичних процесів. Проте, багато проблем залишилися  невирішеними. Актуальною залишається проблема вивчення характеристик сонячного вітру і їхнього зв'язку з процесами, що відбуваються на Сонці. Подальшого вивчення потребує проблема впливу сонячного вітру на магнітосферу та іоносферу Землі. Прогноз земних проявів впливу сонячних подій є далеким від реального. Немає робіт, що описують з єдиних позицій ланцюжок „сонячна атмосфера – сонячний вітер – магнітосфера – іоносфера Землі”. Дуже мало є робіт, що ґрунтуються на одночасних синхронізованих спостереженнях, які виконуються за допомогою космічних апаратів і наземних телескопів.

З урахуванням вищевикладеного комплексний підхід до досліджень фізичних процесів у ланцюжку „сонячна корона – сонячний вітер – магнітосфера – іоносфера Землі” в рамках єдиного методологічного підходу приводить до необхідності об'єднання зусиль вчених для розроблення методів та інформаційних технологій комплексного вивчення сонячно-земних зв’язків як основи прогнозування “космічної погоди”.

Дослідження, які будуть проведені в рамках програми, зроблять можливим отримання принципово нових знань про механізми фізичних процесів, пов'язаних з передачею енергії від Сонця до Землі сонячним вітром, зміна характеристик якого знаходить свій відгук в навколоземному космічному просторі. Необхідно відзначити, що фізичні процеси, які підлягають вивченню за програмою, неможливо відтворити в земних лабораторних умовах. Тому наукові дослідження, спрямовані на вивчення сонячної атмосфери, сонячного вітру і його взаємодії з магнітосферою та іоносферою Землі, дозволять одержати принципово нові знання також з фізики плазми та космічних променів, астрофізики, магнітної гідродинаміки і радіофізики. Можна сказати, що зазначені дослідження акумулюють в собі всі основні досягнення сучасних космічних наук, а з іншого боку, є стимулом для їхнього подальшого розвитку. Слід відзначити кілька фундаментальних наукових проблем, вивчення яких є принципово важливим для розвитку фізики космосу. Це такі проблеми, як формування МГД турбулентності, процес самоорганізації магнітосфери Землі з урахуванням тієї обставини, що остання є відкритою нерівноважною системою, динаміка і стійкість плазми з течією, ефект магнітосферних мазерів.

            Крім вищенаведеного, програма вивчення сонячно-земних зв'язків є важливою з практичної точки зору, оскільки складні динамічні процеси на Сонці через сонячний вітер впливають на стан навколоземного космічного простору, у тому числі, на магнітосферу та іоносферу Землі. Малі когерентні варіації магнітного поля на великих площах та відстанях можуть приводити до техногенних катастроф. Класичний приклад – 1989 рік, коли на кілька годин було позбавлено електропостачання провінції Квебек у Канаді. Під час потужної геомагнітної бурі були зафіксовані збої в роботі автоматичних систем переключення рейок на Північній залізниці Росії.

В періоди максимумів сонячної активності густина атмосфери на великих висотах зростає, що призводить до швидкого гальмування КА і суттєво зменшує час їхнього існування. Прикладом цього є американська орбітальна станція "Скайлеб" і радянська "Салют-6", які передчасно згоріли в верхніх шарах атмосфери. 15 липня 2000 року під час дуже великої магнітної бурі був втрачений японський супутник "АСКО". Завдяки прогнозам ці несприятливі дні вдало пережив російський "Океан". Сьогодні вчені дають прогнози сонячної активності на всі запуски Федерального космічного агентства Росії.

Дослідження останніх років довели, що кількість інфарктів під час геомагнітних бур збільшується в два рази, на 90% більше відбувається загострень стенокардії і на 83% - інсультів. Частіше утворюються мікротромби. Встановлено вплив сонячної активності на популяційні процеси, епідеміологічну обстановку, на соціальні та, навіть, геополітичні процеси, наприклад, спалахи етнічного і державного тероризму, хоча механізми цього впливу ще практично не вивчені.

З врахуванням вищенаведеного дослідження поставлених у програмі проблем є необхідними для вирішення ряду практичних задач в області космонавтики, радіозв'язку, метеорології, кліматології, медицини, біології і сільського господарства.

            Усвідомлення важливості вивчення впливу сонячно-земних зв'язків на навколоземний космічний простір останнім часом привернуло інтерес як науковців, так і практиків до так званої проблеми «космічної погоди», що полягає у необхідності прогнозування стану навколоземного космічного простору в залежності від активних процесів на Сонці. Сонячна активність значною мірою може впливати не тільки на процеси в ближньому космосі, але й на нижню атмосферу, техносферу і біосферу Землі. Оскільки ці впливи не прямі, а опосередковані, і їхні механізми поки що не розкриті, та задача короткострокового прогнозування стану магнітосфери й іоносфери набуває великого практичного значення.

1.4. Основні напрямки роботи

Для вирішення проблеми «Дослідження зв'язку характеристик сонячного вітру із сонячними утвореннями та їхньою динамікою» у рамках наукової кооперації організацій-учасників програми на основі даних спостережень з моніторингу Сонця в різних спектральних діапазонах і спільним спостереженням за погодженими програмами в обрані періоди часу планується вирішити такі задачі:

-     дослідження і моделювання динаміки сонячних корональних викидів плазми, що генеруються у сонячній короні під час спалахів;

-     побудова динамічних моделей фотосферних і хромосферних шарів спалахів для вивчення умов їх виникнення і розвитку;

-     встановлення зв'язку параметрів корональних дір з характеристиками потоків сонячного вітру;

-     вивчення впливу великомасштабного електричного поля на генерацію МГД-хвиль у петельних структурах, трансформації і переносу хвильової енергії в сонячній атмосфері;

-     розробка теоретичних основ і методик прогнозування сонячної активності і викликаних нею геофізичних ефектів;

-     проведення спостережень параметрів сонячного вітру методом мерехтіння дискретних радіо джерел.

Для вирішення проблеми «Вивчення ефектів взаємодії сонячного вітру з магнітосферою та іоносферою Землі» на основі даних спостережень за узгодженими програмами в обрані періоди часу планується розв’язати такі задачі:

-     вивчення динаміки високоенергетичних частинок в магнітосфері Землі;

-     дослідження впливу сонячної активності на колективні процеси, що відбуваються у навколоземному космічному просторі;

-     моделювання поширення і стійкості збурень МГД хвиль  у магнітосфері й іоносфері Землі під час сонячної активності;

-     дослідження акустичного каналу космічного впливу на земні процеси;

-     моделювання фізичних процесів у системі “іоносфера – атмосфера – літосфера Землі” з урахуванням сонячної активності;

-     дослідження та моніторинг високоширотних збурень магнітного поля.

Для вирішення проблеми „Дослідження взаємодії атмосферної та космічної погодних систем” планується розв’язати такі задачі:

-     моніторинг іоносфери методом некогерентного розсіювання та створення регіональної моделі іоносфери;

-     дослідження глобальних резонаторів, як індикаторів стану космічної погоди;

-     дослідження впливу атмосферних фронтів на плазмові та електромагнітні параметри верхньої атмосфери;

-     вивчення реакції верхньої атмосфери на природні та штучні акустичні збурення.

Передбачається здійснити системно-цільовий підхід до обробки й аналізу отриманих даних, а саме:

-     систематизувати дані спостережень параметрів плазми Сонця, сонячного вітру, магнітосфери та іоносфери Землі, енергетичних спектрів «гарячих» частинок, магнітних полів Землі і Сонця та електромагнітного випромінювання в цих полях, і створити відповідний банк даних;

-     провести теоретичний аналіз даних спостережень у рамках магнітогідродинамічного підходу для опису великомасштабних явищ і в рамках кінетичного опису – для більш детального аналізу процесів, що спостерігаються, і на їхній основі побудувати адекватні фізичні моделі;

-     провести дослідження взаємодії атмосферної та космічної погодних систем;

-     провести чисельне моделювання фізичних процесів з метою верифікації теоретичних моделей за даними спостережень.

1.5. Близькі за напрямком існуючі вітчизняні та зарубіжні аналоги

Аналіз міжнародної наукової періодики свідчить про те, що проблема сонячно-земних зв’язків є однією з пріоритетних проблем сучасної науки. Дослідження в цьому напрямку проводяться російськими, американськими та європейськими космічними агентствами. Програми NASA і ESA:

http://gcmd.gsfc.nasa.gov/Data/portals/gcmd/param_search/SUN-EARTH_INTERACTIONS.html, http://gcmd.gsfc.nasa.gov/Data/portals/gcmd/project_search/top.html – дані і переліки близьких за напрямками проектів;

http://www.estec.esa.nl/wmwww/wma/spweather/  - сайт ЄКА по «космічній погоді»;

http://www.sec.noaa.gov/Research/ - проекти сьогодні;

http://www.sec.noaa.gov/SWN/ - «космічна погода» сьогодні;

http://umtof.umd.edu/pm/ - сонячний вітер за останні 48 годин;

http://www-istp.gsfc.nasa.gov/istp/ - задіяні місії;

http://www.kuleuven.ac.be/research/researchdatabase/project/3E04/3E040076.htm – “Space weather: the role of coronal mass ejections”.

В Україні аналогічних програм не існує.

2.      Структура програми

3.      Склад наукової ради з програми „Розробка теорії, методів та інформаційних технологій комплексного вивчення сонячно-земних зв’язків як основи прогнозування „космічної погоди”

4.        Умови участі у конкурсі наукових проектів за програмою „Розробка теорії,

методів та інформаційних технологій комплексного вивчення

сонячно-земних  зв’язків як основи прогнозування „космічної погоди”.

            Згідно концепції програма формується і виконується на основі наукових проектів. Науковий проект подається на експертизу до наукової ради програми у формі запиту на фінансування до 14.02.2005 р., у якому повинні бути відображенні наступні дані:

1.      Назва проекту.

2.      Назва розділу програми, в рамках якого передбачається виконання проекту.

3.      Керівник проекту та відповідальні виконавці.

4.      Організація-виконавець.

5.      Організації-співвиконавці.

6.      Мета проекту та терміни його виконання.

7.      Обґрунтування необхідності здійснення проекту.

8.      Зміст проекту.

9.      Техніко-економічне обґрунтування проекту.

10.   Характеристика науково-технічної продукції, що буде створена.

11.   Календарний план роботи за проектом з визначенням вартості робіт

12.   Кошторисна вартість проекту по роках.

Кінцеві вимоги до запитів визначає наукова рада програми відповідно до концепції програми.

      Наукові проекти подавати до Інституту космічних досліджень НАНУ-НКАУ Логінову Олексію Олексійовичу, тел. (044) 266-71-54, e-mail: conf@ikd.kiev.ua